| 중국 과학자, 양자점 광자 간섭 물리 연구에서 최신성과 | ||
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미래 양자정보응용분야에서 가장 도전적인 문제는 단일양자의 측정과 조절을 꼽을 수 있다. 양자상태는 매우 취약하므로 외부 환경의 영향을 받기만하면 양자성질을 상실한다. 아로슈(S. Haroche)와 와인랜드(D. Wineland)는 각각 작은 공동(cavity)에 단일 원자를 가두고, 대전된 이온을 에너지준위 트랩(trap)안에서 포착하는 실험수단으로 광자와 이온을 측정·조종하는데 성공하여 2012년도 노벨물리학상을 수상했다. 이리하여 이들이 채택한 양자간섭실험기술은 양자광학연구의 주요 방법이 되었다. 어떻게 하면 고체체계에서 양자간섭 조종을 실현할 것인가는 미래 양자네트워크와 양자계산응용의 핵심과 초점문제이다. 최근 중국과학원 반도체연구소는 미국 남부플로리다대학과 텍사스대학 오스틴분교와 InAs양자점 고체양자체계 기반의 광자간섭연구를 공동 수행하였고 최신성과를 Phys. Rew. Lett.（109, 267402, 2012）에 발표하였다. 반도체 InAs 자기조직화 양자점에서 단일광자와 두 광자의 양자간섭현상을 동시에 관측하고 광스펙트럼 산란이 간섭 명암대비에 미치는 영향을 연구한 것이다. 반도체연구소의 신형 반도체 광전재료/양자정보 과제팀은 최근 몇년간 InAs/GaAs 자기조직화 양자점 재료와 단일광자 발사부품에 대한 연구를 수행하였고 저밀도 양자점의 조종제어성 분자빔 에피택셜 성장난제 해결, 분포식 브래그 작은 공동(bragg microcavity)과 양자점 결합구조의 설계성장과 공정제조 핵심기술을 확보하여 액체질소 저온에서 작동하는 단일광자 발사부품을 개발하였다. 2011년에는 앞서 언급한 미국의 과제팀과 협력하여 2개의 공간 간격이 40um인 InAs 단일양자점의 광자 산란필드와 발사장, 광자와 광자와의 상관성을 연구하였고, 이 과정에서 저온조건에서 양자점에서 발사된 단일광자의 간섭성 산란현상을 발견하였다(간섭 가시도는 20%에 달함). 2개의 서로 다른 양자점에서 발사된 광자를 구별할 수 없기 때문에 간섭 가시도가 40%에 달하는 두 양자 간섭현상을 관측하였다. 이 연구는 양자시스템을 독립적으로 조율하지 않아도 광스펙트럼 공명에 의한 두 광자 간섭을 실현하였다는 점에서 의의가 크다. 공간을 완전히 분리시켜 InAs양자점의 광자 간섭성을 연구하였기에, 양자점이 처한 고체 환경의 민감성을 평가할 수 있다. 이러한 외재적인 광스펙트럼 산란으로 인한 양자점의 여러 차례의 무작위 진동에 의한 detuning으로부터 오는 평균효과를 제거하거나 피할 수 있으면 단일광자의 간섭성을 대폭 증대할 수 있다. 이는 미래 반도체 양자점 기반의 고체시스템의 양자 간섭조종을 실현하는데 중요한 의의를 지닌다. 정보출처 : http://www.cas.cn/ky/kyjz/201301/t20130115_3750604.shtml |
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